专利名称：一种用来给电池充电的方法
技术领域：
本发明一般涉及电池充电技，更具体地说，涉及一种更高效充电电池的方法。
许多电池充电器现在都使用双速率充电序列，其中充电下的电池以高速率充电一段时间，并且一旦电池已经达到预定充电值，然后电池就以较低的或“涓流”速率充电。在诸如镍镉、镍金属氢化物、或锂电池之类的可充电电池的充电期间，通过观察电池在预定时间段的升高温度(ΔT法)、或电池电压在给定时间段的变化(ΔV法)，启动最快充电结束序列(充电器从快速充电速率向涓流或较低充电速率转换的时间)。充电速率转换的ΔT法和ΔV法已经在市场中得到普遍接收。然而两者都在一定情况下受到不精确和误差的影响。
例如，当在车辆用途中，例如在警察巡逻车、消防车、或者甚至用于蜂窝电话的车辆充电器中，使用电池充电器时，由于由阳光、或夏季温度引起的较高车辆内部温度造成的升高温度能导致ΔT法下的过早转换。这是因为ΔT法在预定时间段内发现了温度的过大变化的事实。在其中温度过高的环境中，(即，在八月期间在Phoenix处车的内部)，充电下的电池组的温度可能比预定阈值升高得更快，这不是充电的结果，而是暴露于较高环境温度的结果。该结果是充电器从快速充电状态过早地向慢速充电状态转换。
的确，在模拟的环境中，当对充电中的电池充分再充电必需超过九十分钟时，快速充电状态能在短至十五分钟内结束。因而，从用户的观点出发，由于安装充电不足的电池的无线电设备或电话不会以最佳方式工作，所以不希望有充电不足的电池。
因而，存在对充电方案、特别是对充电终止方法的需要，其中快速充电状态的终止出现在适当时间，而与环境温度无关。改进的方法应该连续观察温度的变化，而且还考虑其他的标准，以便做出何时应该结束快速充电的最好判断。
图1是根据本发明的充电序列的流程图；及图2是根据本发明用来实现充电序列的电池组和电池充电器的简化方块图。
尽管说明书以限定本发明特征的权利要求书结束，这些特征认为是新颖的，但相信通过结合附图考虑如下描述，能更好地理解本发明，其中同样的标号如下所述。
现在参照图1，其中表明表示根据本发明的电池充电状态或序列的流程图。流程图在步骤12表明充电状态的第一步。步骤12描述在充电装置进行插入充电器的电池组的标准电压和温度检查之后的快速充电序列的初始化。此后，如步骤14所示，电池充电装置读出初始电池温度(Rt1)，以便对已经插入到充电器中的电池建立原始温度。此后，在步骤16，电池充电器将初始化一个三分钟计时器。三分钟计时器设计成保证在充电序列中在规则间隔的时段期间取样电池的温度。因而，如步骤16所示，在快速充电状态期间每三分钟取样电池温度。尽管在步骤16规定为三分钟，但可以理解，可以比三分钟长或短来取样电池温度。在这个实施例中已经简单地选择为三分钟，因为以本发明者的观点，它代表用来测量电池温度的最佳时间段。
此后，如步骤18所示，充电装置连续监测三分钟计时器是否已经到时。如果还没有过去三分钟，则充电器继续以快速充电状态充电。然而，如果三分钟计时器已经到时，那么，如步骤20所示，读出电池温度，并且建立一个新的电池温度(Rt2)。在这个时刻，三分钟计时器复位，并且开始下一个三分钟周期。
在测量温度(Rt2)之后，电池充电器随后把温度Rt2与Rt1相比较，如步骤22所示。具体地说，在步骤22，充电装置将查看在以前的三分钟时间间隔期间的温度变化是否已经超过一个预定温度阈值。这通过把温度Rt2与Rt1相比较来进行，这样建立温度变化是多少，并且把它与预定温度阈值相比较。在图1所示的实施例中，其中温度检查之间的时间间隔是三分钟，预定温度阈值是摄氏1.6°。然而，可以理解的是，对于不同的电池和对于不同的条件，可以使用不同的预定温度阈值。
如果在步骤22确定Rt2减Rt1不大于预定温度阈值，那么充电装置将复位Rt1，从而它现在等于最近的温度(即，Rt2)，如步骤24所示。充电器然后返回过程中紧跟在步骤18之前的步骤，并且在步骤18、20和22测量电池温度和重复之前，等着另一个三分钟间隔过去。
然而，如果如在步骤22所示，Rt2减Rt1大于预定温度阈值，那么充电器前进到读出当前电池电压(V1)，如步骤26所示。在电池领域中众所周知，当电池接近完全充电时，电池的电压开始相当迅速地升高。同样，当电池接近完全充电时，电池的温度迅速升高。然而，如上所述，可能产生这样的情形，其中不可归因于电池充电的虚假温度增高，能导致电池充电器的快速充电状态在这种充电完成时间之前结束。因而，在其中电池置于非常热的汽车内而充电的例子中，在充电器看来，由于温度升高电池可能似乎被完全充电。然而，这种温度升高可能仅归因于汽车温度明显大于电池温度的事实。因而，本方法提供了在步骤26、28和30所示的步骤，以便克服这个问题。
在步骤22中已经超过预定温度阈值之后，电池充电器将在步骤26读出当前电池电压V1。如果如步骤28所示电池电压低于预定电压阈值，则充电器将确定温度升高归因于某种环境因素，而不是归因于电池已经达到事实上的完全充电状态。因而，电池充电器随后将把Rt2复位为Rt1，如步骤24所示，并且允许电池充电器保持在快速充电模式。整个过程返回图1中步骤18之前的时刻。电池充电器将按照步骤18-28继续以快速充电模式对电池充电，直到测量的电池电压大于步骤28所示的预定电压阈值的那个时刻。一旦这种情形出现，电池充电器将随后确定电池已经达到事实上完全充电状态，并且结束快速充电状态，如步骤30所示。充电器在这时还可以启动涓流充电模式，以便保证电池保持在其事实上完全充电的状态。预定电压阈值一般对于镍基可充电电池(即，NiCd和镍金属氢化物电池)在9与10伏特之间，但对于其他电池化学成份可以改变。
图1流程图中所示的方法可以在多种不同类型的电池充电器中实现。的确，市场上存在的许多电池充电器有能力测量温度变化、电压变化、或两者的变化。然而，由于成本和其他因素，一般仅测量一个指标。的确，典型的情形是，许多电池已经带有在充电状态期间测量其温度、且把该信息传送到充电器的装置。温度测量是电池热敏电阻的功能，该热敏电阻经常置于电池组内部，并且经组上的一个或多个触点耦合到充电器上。
现在参照图2，其中所示一种根据本发明的电池充电系统200的简化方块图，电池充电系统200包括一个电池充电器202和一个电池组206。电池组206包含一个或多个确定电池组206的电压和充电容量的电池单元208。而且，作为电池组206的部分包括的是电池温度指示器，如热敏电阻212，用来确定正在充电的电池的温度。热敏电阻212允许电池充电器测量电池温度的变化，以便估计是否结束图1中所述的快速充电。作为选择，能把热敏电阻置于电池充电器202中靠近插入电池组的位置。
充电器202包括一个充电器监视电路228，充电器监视电路228能包括一个诸如本专业所熟知的那样的微处理器或微控制器、和适当的控制软件，以便实现本发明的快速充电结束方案。充电器监视电路228控制把电流提供给电池组206的充电器控制电路230，以便对电池单元208充电。充电器控制电路230能作为一个本领域熟知的可编程可变电流源电路来实现。控制信号由充电器控制监视器228经总线240传送到充电器控制电路230。控制信号通知充电器控制电路230从线229引出多大电流到电池组206。
充电器控制监视器228包含模数(A/D)端口220、224和226。A/D端口220监测B+线上的电压，而A/D端口224检测热敏电阻212的电阻，以便监测电池的温度变化。A/D端口224包括一个外部负载电阻器216，外部负载电阻器216用来通过确定A/D端口224的电压值来帮助确定热敏电阻212。使用带有图2中所示之类电池的电池充电装置，允许实现图1中的快速充电方案。
本发明为更高效地对电池充电而提供，同时根据电池的状态为电池提供了不同的充电值。而且，即使当电池中的温度变化大于预定温度阈值时，电池的快速充电仍继续施加于电池。这是由于有可能使温度作为外部或环境条件的函数、而不是作为充电本身的函数而变化的事实。这不仅为更好或更高效地为电池充电而提供，而且在通过用于无线电装置或电话中而使电池经受放电之前，通过在第一实例中保证他们被适当地充电，能减小对电池的耗损和破坏，与仅部分充电的相反。
尽管已经说明和描述了本发明的最佳实施例，但显然本发明不受此限制。对于熟悉本专业的技术人员能想到多种修改、变更、变化、替代和等效，而不脱离由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1．一种对电化学原电池充电的方法，包括步骤确定初始原电池温度和电压值；初始化快速充电状态；在初始化所述快速充电状态之后以规则间隔测量原电池的温度，以确定在每个规则间隔之间所述原电池内的温度升高值；如果在任一个规则间隔内的温度升高值超过预定温度阈值，则测量电池电压；及如果测量的电池电压超过预定电压阈值，则结束所述快速充电状态。
2．根据权利要求1所述的方法，其中电池温度以三分钟的间隔测量。
3．根据权利要求1所述的方法，其中当对于任何一个规则间隔的温度升高值超过1.6℃时，测量电池电压。
4．根据权利要求1所述的方法，其中预定电压阈值在9与10伏特之间。
5．一种确定用于电池充电装置中电池单元的快速充电状态终点的方法，所述方法包括步骤在所述快速充电状态期间，以规则间隔测量所述电池单元的温度升高值；如果在任何规则间隔期间的所述电池的温度升高值超过预定温度阈值，则测量电池电压；及如果测量的电池电压超过预定电压阈值，则结束快速充电状态。
6．根据权利要求5所述的方法，其中电池温度以三分钟的间隔测量。
7．根据权利要求5所述的方法，其中当对于任何一个规则间隔的温度升高值超过1.6℃时，测量电池电压。
8．根据权利要求5所述的方法，其中预定电压阈值在9与10伏特之间。
全文摘要
一种用来给电池充电或电池组(206)的方法,提供了一种用来仅在温度和电压阈值都超过后才结束快速充电状态的方案。即使当电池温度由于外部(与充电无关)的条件迅速升高时,也允许电池继续接收快速充电。
文档编号H01M10/44GK1223016SQ98800429
公开日1999年7月14日 申请日期1998年3月2日 优先权日1997年3月3日
发明者特万尼卡·D·道格拉斯, 约瑟夫·帕蒂诺, 迈克尔·D·格伦, 威廉·R·威廉斯 申请人:摩托罗拉公司